Les solvers de mécanique des fluides numérique (CFD) haute-fidélité mobilisent des puissances de calcul conséquentes, et doivent pouvoir exploiter efficacement les systèmes de calcul haute performance (HPC) massivement parallèles. Avec l'évolution rapide des architectures HPC et en particulier la montée en puissance des systèmes accélérés par GPU, ces solvers et leurs algorithmes doivent en permanence être maintenus et améliorés pour rester en adéquation avec l'état de l'art des technologies. Dans ce contexte, développer et maintenir des solvers portables sur toutes les architectures HPC disponibles sans dégrader la performance est devenu un défi considérable. Cette thèse se concentre sur les méthodes d'ordre élevé discontinues, et étudie comment les techniques et bibliothèques logicielles modernes peuvent être utilisées pour développer de manière soutenable des solvers performants et portables. Dans cette optique, un nouveau solver basé sur la méthode Différences Spectrales (SD) pour les équations de Navier-Stokes a été développé pour l'occasion et les différentes strategies d'implémentations utilisées sont décrites. Le code est testé sur de nombreuses architectures HPC, et une analyse détaillée de sa performance, portabilité et scalabilité est proposée. L'utilisation de techniques d'adaptation hp est aussi explorée afin de pouvoir mieux concentrer la puissance de calcul sur les régions d'intérêt, et donc réduire le coût de calcul. Enfin, une approche alternative est considérée pour l'extension diffusive de la méthode SD, améliorant la stabilité numérique et permettant des stratégies d'implémentation plus efficaces. |
High-fidelity computational fluid dynamics (CFD) solvers require a lot of compute power, and must be able to exploit efficiently massively parallel high-performance computing (HPC) systems. With the fast-paced evolution of HPC hardware and in particular the shift towards GPU-accelerated systems, these solvers and their underlying algorithms must constantly be maintained and improved to remain in line with the current technological landscape. In this context, developing and maintaining solvers portable across all the available HPC architectures without compromising performance has become a significant challenge. This thesis focuses on discontinuous high-order methods and investigates how modern software techniques and libraries can be used to develop performance portable solvers in a sustainable way. For this purpose, a new Spectral Difference (SD) solver for the Navier-Stokes equations has been developed from scratch and the different implementation strategies selected are discussed. The resulting software is benchmarked across various HPC architectures, and an in-depth analysis of its performance, portability and scalability is proposed. The use of hp-adaptation is also explored as a means to better focus the compute power on the regions of interest, and thus reduce computational cost. Finally, the diffusive extension of the SD method is revisited and an alternative approach providing better numerical stability and allowing for more efficient implementation strategies is considered. |